ЭЭГ имеет решающее значение для диагностики и оценки неврологических состояний, таких как эпилепсия и травмы головного мозга. В некоторых случаях клиницистам необходимо отслеживать мозговые волны в течение более длительных периодов времени, например, для оценки судорог, нарушений сна и состояний, которые влияют на кровеносные сосуды и кровоток в головном мозге.

Исследователи описали новые электроды, которые, как было показано, сохраняют стабильную работу в течение более 24 часов непрерывного ношения, в исследовании, опубликованном в журнале npc biomedical innovations. По мнению исследователей, эта технология многообещающа для использования в потребительских продуктах для здоровья и хорошего самочувствия, в дополнение к клиническому применению в здравоохранении.

"Этот электрод обеспечивает более последовательный и надежный мониторинг сигналов ЭЭГ, и его можно носить незаметно, что повышает как функциональность, так и комфорт пациента", - сказал Тао Чжоу, профессор инженерных наук и механики в начале карьеры в Wormley Family и старший автор статьи.

Чжоу объяснил, что мониторинг ЭЭГ - это широко используемый метод измерения электрической активности мозга. Маленькие металлические электроды помещаются на кожу головы и улавливают слабые электрические импульсы, генерируемые клетками головного мозга. Электроды прикреплены к проводам, которые затем подключаются к аппарату, отображающему активность мозга в виде паттернов, похожих на волны.

Однако традиционный процесс мониторинга ЭЭГ может быть громоздким, а иногда и беспорядочным делом. Его ограничения затрудняют использование для непрерывного, долгосрочного мониторинга.

Чтобы получить хорошую запись активности мозга, электроды должны прилегать к коже головы. Любые зазоры между электродом и кожей или густыми волосами могут снизить качество записываемого сигнала. Исследователи и клиницисты должны наносить гели на кожу головы, чтобы поддерживать хороший контакт поверхность к поверхности между электродами и кожей и качество сигнала. Однако у некоторых людей гели могут вызывать раздражение кожи.

Это трудоемкий процесс, который необходимо повторить, когда гели высохнут, особенно для тех, кто нуждается в постоянном наблюдении или в течение нескольких сеансов. Процесс нанесения и повторного нанесения также неточен и может привести к тому, что на электроды будет нанесено разное количество геля.

"Это изменит импеданс - или интерфейс - между электродами и кожей головы, и это может повлиять на регистрируемый мозговой сигнал", - сказал Чжоу. "Мы также не всегда прикладываем электроды в одном и том же положении, потому что мы люди. Но если вы измените положение, даже немного, сигналы мозга, которые вы отслеживаете, могут быть другими".

Обычные электроды для ЭЭГ тоже жесткие и могут смещаться, когда кто-то даже слегка двигает головой, что может нарушить однородность данных.

Чтобы устранить эти ограничения, исследовательская группа разработала небольшое устройство мониторинга, которое выглядит как прядь волос и изготовлено из гидрогелевого материала, напечатанного на 3D-принтере. Один конец - это электрод. Он выглядит как маленькая точка и улавливает электрические сигналы мозга от кожи головы. От электрода отходят длинные тонкие провода, которые подключаются к системе мониторинга.

В устройстве также используются биоадгезивные чернила для 3D-печати, которые позволяют приклеивать электрод непосредственно к коже головы без необходимости использования каких-либо липких гелей или другой подготовки кожи. Это сводит к минимуму зазор между электродом и кожей головы, улучшая качество сигнала. Легкий, гибкий и растягивающийся характер устройства также означает, что оно остается на месте - даже при расчесывании волос, надевании и снятии бейсболки - и его можно носить в течение более длительного периода времени, что делает его пригодным для постоянного мониторинга.

Команда обнаружила, что новое устройство работает сравнимо с золотыми электродами, которые в настоящее время являются стандартными электродами, используемыми для ЭЭГ. Однако похожий на волос электрод поддерживал лучший контакт между электродом и кожей и надежно работал в течение более 24 часов непрерывного ношения без какого-либо ухудшения качества сигнала. Поскольку электроды не нужно снимать и заменять, как в традиционных системах мониторинга ЭЭГ, они устраняют риск несогласованности данных даже при разных сеансах мониторинга.

"Вам не нужно беспокоиться, изменилось ли положение электрода или изменился ли импеданс, потому что электроды не двигались", - сказал Чжоу.

В отличие от традиционных металлических электродов, новые электроды имитируют человеческие волосы и незаметны на голове. Поскольку устройство напечатано на 3D-принтере, Чжоу объяснил, что они также могут напечатать электрод в разных цветах, чтобы он соответствовал волосам человека.

"Это делает его незаметным, и людям может быть удобнее носить его, особенно если им требуется непрерывный мониторинг ЭЭГ и необходимо носить электроды в течение длительного периода времени", - сказал Чжоу.

В настоящее время ЭЭГ все еще подключена; пациенты должны быть подключены к аппарату, пока регистрируется их мозговая активность. В будущем исследователи надеются сделать систему беспроводной, чтобы люди могли более свободно передвигаться во время сеансов записи.

Среди других авторов статьи из Университета Пенсильвании - ведущие авторы Салахуддин Ахмед и Марция Момин, оба докторанты факультета инженерных наук и механики. Цзяшу Жэнь, докторант кафедры инженерных наук и механики; Хенджин Ли, докторант кафедры биомедицинской инженерии; Ли-Панг Хуан, научный сотрудник; и Басма Альмахмуд, студентка бакалавриата физического факультета, также внесли свой вклад в работу.

Среди других авторов - Чи-Чинг Куо, Арчана Пандиян и Логанатан Вирамуту с факультета молекулярных наук и инженерии Национального технологического университета Тайбэя.

Финансирование этой работы осуществлялось Национальными институтами здравоохранения; Ассоциированными университетами Ок-Риджа; Национальным технологическим университетом Тайбэя - программой совместных грантов штата Пенсильвания; а также департаментом инженерных наук и механики, Институтом исследования материалов и Институтом наук о жизни Хака в штате Пенсильвания.